DE102010030986A1

DE102010030986A1 - Method for determining a rack force for a steering device in a vehicle

Info

Publication number: DE102010030986A1
Application number: DE102010030986A
Authority: DE
Inventors: Jörg Strecker; Thomas Werner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: US20120046836A1; DE102010030986B4; EP2590850B1; WO2012004331A1; WO2012004331A8; ES2600906T3; US8788147B2; EP2590850A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Zahnstangenkraft an einer Lenkvorrichtung (2) in einem Fahrzeug beschrieben, wobei die Zahnstangenkraft (forZS) in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Modellen ermittelt wird, und wobei mittels eines ersten Modells (52) eine einen Fahrvorgang betreffende Komponente (forESM) der Zahnstangenkraft (forZS) erzeugt wird und mittels eines zweiten Modells (54) eine einen Parkiervorgang betreffende Komponente der Zahnstangenkraft (forZS) erzeugt wird.A method is described for determining a rack force on a steering device (2) in a vehicle, the rack force (forZS) being determined as a function of a plurality of models, and a first model (52) being used to determine a component ( forESM) of the rack force (forZS) is generated and a component of the rack force (forZS) relating to a parking process is generated by means of a second model (54).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Zahnstangenkraft für eine Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug.The invention relates to a method for determining a rack-and-pinion force for a steering device in a vehicle.

Die Erfindung betrifft auch eine Lenkvorrichtung in dem Fahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug sowie ein Computerprogramm, das auf der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ablauffähig ist.The invention also relates to a steering device in the vehicle. The invention further relates to a control and / or regulating device of a steering device in a vehicle as well as a computer program that can run on the control and / or regulating device.

Bei modernen Lenkvorrichtungen, beispielsweise bei einer elektrischen Servolenkung (EPS) oder einem so genannten Steer-by-Wire (SbW) Lenksystem, wird ein Soll-Lenkmoment ermittelt, das an einem Lenkmittel, beispielsweise einem Lenkrad angelegt wird, um die von dem Fahrer aufgebrachte Kraft zu unterstützen oder der von dem Fahrer aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken.In modern steering devices, such as an electric power steering (EPS) or a so-called steer-by-wire (SbW) steering system, a target steering torque is determined, which is applied to a steering means, such as a steering wheel, applied by the driver To support force or to counteract the force applied by the driver.

Aktuell eingesetzte EPS Lenksysteme generieren auf der Basis einer anliegenden Zahnstangenkraft ein EPS Motormoment, um dem Fahrer die entsprechende Lenkunterstützung bereitzustellen. Die Zahnstangenkraft wird maßgeblich von den aktuellen Seitenführungskräften beeinflusst. Damit entspricht ein wesentlicher Teil der aktuellen Zahnstangenkraft einer Querbeschleunigung. Die Zahnstangenkraft wird aber nicht nur durch die während des Durchfahrens einer Kurve auftretenden Seitenkräfte bestimmt, sondern es hat eine Vielzahl von weiteren Größen einer aktuellen Fahrsituation einen Einfluss auf die Zahnstangenkraft. Ein Beispiel hierfür ist die Fahrbahnbeschaffenheit (Unebenheiten, Spurrillen, Reibwert).EPS steering systems currently in use generate EPS engine torque on the basis of an adjacent rack-and-pinion force in order to provide the driver with the appropriate steering assistance. The rack power is significantly influenced by the current cornering staff. Thus, a substantial part of the current rack force corresponds to a lateral acceleration. However, the rack-and-pinion force is not only determined by the lateral forces occurring during the passage through a curve, but also has a large number of further variables of a current driving situation an influence on the rack-and-pinion force. An example of this is the road condition (unevenness, ruts, coefficient of friction).

Zusätzlich können weitere Funktionen an der Erzeugung des Soll-Lenkmoments beteiligt sein, um ein gewünschtes und angenehmes Lenkgefühl für den Fahrer zu erreichen, wobei einerseits unerwünschte Störungen keinen Einfluss auf das Soll-Lenkmoment haben sollen, andererseits aber insbesondere sicherheitsrelevante Informationen, beispielsweise über die aktuelle Beschaffenheit des Fahrbahnbelags, dem Fahrer über das Lenkmoment zur Kenntnis gebracht werden sollen.In addition, other functions may be involved in generating the desired steering torque to achieve a desired and comfortable steering feel for the driver, on the one hand unwanted interference should not affect the target steering torque, but on the other hand, in particular safety-related information, for example on the current Condition of the road surface, to the driver about the steering torque to be brought to the knowledge.

Dennoch zeigen derartige EPS Lenksysteme im Vergleich mit hydraulischen Lenksystemen Nachteile hinsichtlich der Rückmeldung der Fahrzustände. Insbesondere das Verhalten bei unterschiedlichen Straßenreibwerten oder im fahrdynamischen Grenzbereich, wie etwa beim Unter- oder Übersteuern, wird bei den bekannten EPS Lenksystemen aufgrund der relativ hohen Trägheit des EPS Aktuators nur bedingt an den Fahrer über das wahrnehmbare Lenkmoment weitergegeben.Nevertheless, such EPS steering systems show disadvantages in terms of the feedback of driving conditions compared with hydraulic steering systems. In particular, the behavior at different road friction values or in the dynamic driving limit range, such as understeer or oversteer, is only partially passed on to the driver via the perceptible steering torque in the known EPS steering systems due to the relatively high inertia of the EPS actuator.

Es ist bekannt, die aktuell anliegende Zahnstangenkraft mittels eines an der Zahnstange angeordneten Momentensensors oder durch Schätzung mittels eines auf einem Modell des Lenksystems beruhenden sogenannten Beobachters zu ermitteln. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE10332023A1 bekannt. Dort wird zur Bestimmung eines Lenkmoments für die Lenkung eines Fahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel das Lenkmoment in Abhängigkeit von der an gelenkten Rädern auftretenden Seitenkraft und gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von dem Ist-Lenkmoment bestimmt. Das bekannte Verfahren sieht vor, die Seitenkraft mittels eines Sensors oder auf Grundlage eines Modells der Lenkung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von mindestens einer der Größen Querbeschleunigung, Lenkwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit zu schätzen bzw. zu modellieren.It is known to determine the currently applied toothed rack force by means of a torque sensor arranged on the toothed rack or by estimation by means of a so-called observer based on a model of the steering system. Such a method is for example from the DE10332023A1 known. There, to determine a steering torque for the steering of a vehicle according to a first embodiment, the steering torque is determined in dependence on the side steering force occurring at steered wheels and according to a further embodiment in dependence on the actual steering torque. The known method provides for estimating or modeling the lateral force by means of a sensor or based on a model of the steering of the vehicle as a function of at least one of the variables lateral acceleration, steering angle and vehicle speed.

Die mittels der bekannten Verfahren bestimmte Zahnstangenkraft gibt je nach deren Güte die tatsächlich an der Vorderachse des Fahrzeugs bzw. an der Zahnstange anliegenden Kraftverhältnisse wieder. Wird diese Kraft als Grundlage verwendet, um ein so genanntes Wunschlenkmoment zu erzeugen, so erhält der Fahrer eine gute Rückmeldung über das Verhalten des Fahrzeugs bzw. über die Beschaffenheit der Fahrbahn.Depending on their quality, the rack-and-pinion force determined by means of the known methods represents the force relationships actually applied to the front axle of the vehicle or to the rack. If this force is used as a basis to produce a so-called desired torque, the driver receives a good feedback on the behavior of the vehicle or on the condition of the road.

Die Erzeugung eines Fahrerwunschlenkmoments auf Basis der anliegenden Zahnstangenkraft beinhaltet neben dem eigentlich benötigten Niveau diverse Störungen mit unterschiedlichen Ausprägungen. Diese sind beispielsweise abhängig von der Bauweise der Achse(n) bzw. dem generellen Aufbau des Fahrzeugs. Als Störungen können hier eine Vielzahl von Fahrbahngegebenheiten wie beispielsweise Unebenheiten, Spurrillen oder eine Querneigung verstanden werden. Weitere Störungen können aufgrund längsdynamischer Ereignisse an der gelenkten Vorderachse entstehen. Beispiele hierfür sind unterschiedliche Längen von Antriebswellen bei frontgetriebenen Fahrzeugen, aktive Antriebskomponenten wie beispielsweise ein Allradantrieb oder Komponenten zur variablen Verteilung eines Antriebsmoments auf die Vorderräder. Ein weiterer und gegebenenfalls als störend empfundener Einfluss kann sich durch die Beladung des Fahrzeugs ergeben und insbesondere generell aufgrund der Vorderachslast. Vereinfachend kann festgestellt werden, dass die auf die Lenkung wirkende Zahnstangenkraft mit einer höheren Belastung der Vorderachse zunimmt. Weitere Einflüsse auf die Zahnstangenkraft bzw. das Soll-Lenkmoment hat die Bereifung der Räder.The generation of a Fahrwunschlenkmoments based on the applied rack power includes in addition to the level actually required various disorders with different characteristics. These are, for example, dependent on the design of the axle (s) or the general structure of the vehicle. Disturbances here can be understood as meaning a multiplicity of road conditions, such as unevennesses, ruts or a bank. Further disturbances can arise due to longitudinal dynamic events on the steered front axle. Examples include different lengths of drive shafts in front-wheel drive vehicles, active drive components such as an all-wheel drive or components for the variable distribution of a drive torque to the front wheels. Another and possibly disturbing influence can result from the loading of the vehicle and in particular generally due to the front axle load. In a simplifying manner, it can be stated that the rack-and-pinion force acting on the steering increases with a higher load on the front axle. Further influences on the rack force or the desired steering torque has the tires of the wheels.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für Lenkvorrichtungen von Fahrzeugen mit einer elektrischen Servolenkung (EPS) eine Zahnstangenkraft zu erzeugen, die einerseits eine besonders gute Grundlage für die Erzeugung eines Fahrerwunschmoments darstellt und andererseits möglichst frei von Störungen ist.The object of the present invention is to produce a rack and pinion force for steering devices of vehicles with an electric power steering (EPS), which on the one hand a particular good basis for the generation of a driver's desired torque and on the other hand, as possible free of interference.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Modellen ermittelt wird, wobei mittels eines ersten Modells eine einen Fahrvorgang betreffende Komponente der Zahnstangenkraft erzeugt wird und mittels eines zweiten Modells eine einen Parkiervorgang betreffende Komponente der Zahnstangenkraft erzeugt wird.The object is achieved by a method of the type mentioned above in that the rack-and-pinion force is determined as a function of a plurality of models, a component of the rack-and-pinion force relating to a drive being produced by means of a first model and a component relating to a parking operation by means of a second model the rack power is generated.

Die Aufgabe wird auch durch eine Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug dadurch gelöst, dass die Lenkvorrichtung Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Diese Mittel sind beispielsweise in Form eines in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ablaufenden Computerprogramms realisiert. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung wird nachfolgend auch als ”Steuergerät” bezeichnet.The object is also achieved by a steering device in a vehicle in that the steering device has means for carrying out the method according to the invention. These means are implemented, for example, in the form of a computer program running in the control and / or regulating device. The control and / or regulating device is hereinafter also referred to as "control unit".

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.Advantageous developments of the invention are specified in subclaims, wherein the features can be important both alone and in different combinations for the invention, without being explicitly referred to again.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass dem Fahrer des Fahrzeugs auch bei unterschiedlichen Fahrsituationen oder Betriebsbedingungen stets möglichst zuverlässige Informationen über das Verhalten des Fahrzeugs bzw. über die Beschaffenheit der Fahrbahn dadurch übermittelt werden können, dass die für die Erzeugung des Fahrerwunschlenkmoments eingesetzte Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von für die jeweilige Fahrsituation optimierten Modellen gebildet wird, wobei mittels der Modelle und in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation die Zahnstangenkraft bzw. einzelne Komponenten der Zahnstangenkraft erzeugt werden.The invention has the advantage that the driver of the vehicle can always be provided with reliable information about the behavior of the vehicle or about the condition of the roadway even in different driving situations or operating conditions that the rack-and-pinion force used for the production of the driver wheel steering torque is dependent is formed by optimized for the respective driving situation models, wherein by means of the models and depending on the current driving situation, the rack force or individual components of the rack force are generated.

Erfindungsgemäß wird die für das zu erzeugende Soll-Lenkmoment verwendete Zahnstangenkraft ersetzt durch eine mittels einer Mehrzahl von Modellen modellierte Zahnstangenkraft. Das erfolgt derart, dass die modellierte Zahnstangenkraft für viele Fahrsituationen und Betriebszustände mit der tatsächlichen Zahnstangenkraft vergleichbar ist.According to the invention, the rack-and-pinion force used for the target steering torque to be generated is replaced by a rack-and-pinion force modeled by means of a plurality of models. This is done so that the modeled rack-and-pinion force is comparable to the actual rack-and-pinion force for many driving situations and operating conditions.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht außerdem vor, dass die modellierte Zahnstangenkraft und die tatsächliche Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer Fahrsituation und/oder von Betriebsgrößen des Fahrzeugs gewichtet und zu einer resultierenden Zahnstangenkraft kombiniert werden können, mittels welcher das Soll-Lenkmoment bestimmt werden kann. Damit ist eine Adaption der modellierten Zahnstangenkraft an die tatsächliche Zahnstangenkraft möglich, so dass beispielsweise bei einer Veränderung des Reibwertes die erfindungsgemäß modellierte Zahnstangenkraft stets hinreichend genau der tatsächlichen Zahnstangenkraft entspricht und damit eine stets optimale Rückmeldung an den Fahrer möglich ist, ohne dass jedoch die in der tatsächlichen Zahnstangenkraft vorhandenen Störungen das Fahrerwunschmoment negativ beeinflussen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass in einem sehr weiten Bereich möglicher Fahrsituationen die erfindungsgemäß modellierte Zahnstangenkraft optimal gebildet werden kann. Die für die Adaption verwendete tatsächliche Zahnstangenkraft kann mittels eines Sensors oder alternativ aus sonstigen Größen ermittelt werden, welche die Lenkvorrichtung bzw. die auf sie einwirkenden Kräfte und/oder Stellglieder charakterisieren.The method according to the invention also provides that the modeled rack-pin force and the actual rack-and-pinion force can be weighted as a function of a driving situation and / or operating variables of the vehicle and combined to form a resultant rack-and-pinion force by means of which the desired steering torque can be determined. In order for an adaptation of the modeled rack power to the actual rack power is possible, so that for example in a change in the coefficient of friction, the inventively modeled rack power always sufficiently accurate corresponds to the actual rack force and thus always optimal feedback to the driver is possible, but without the in the actual rack force existing disturbances negatively affect the driver's desired torque. This results in the advantage that in a very wide range of possible driving situations, the rack-and-pinion force modeled according to the invention can be optimally formed. The actual rack force used for the adaptation can be determined by means of a sensor or alternatively from other variables which characterize the steering device or the forces and / or actuators acting on it.

Für die Erzeugung der modellierten Zahnstangenkraft wird vorzugsweise mindestens eine der folgenden Größen herangezogen:

– ein Lenkradwinkel des Lenkmittels;
– ein Radlenkwinkel;
– ein Schräglaufwinkel;
– eine Fahrzeuggeschwindigkeit;
– eine Fahrzeugquerbeschleunigung;
– eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs;
– eine Seitenkraft einer gelenkten Achse des Fahrzeugs;
– die tatsächliche Zahnstangenkraft;
– eine ein Übersteuern oder ein Untersteuern des Fahrzeugs charakterisierende Größe;
– eine Stellung eines Aktuators; und/oder
– eine Drehzahl, ein Drehmoment oder ein aktuell eingelegter Gang.

For the generation of the modeled rack force, preferably at least one of the following variables is used:

A steering wheel angle of the steering means;
A wheel steering angle;
A slip angle;
A vehicle speed;
A vehicle lateral acceleration;
A yaw rate of the vehicle;
A lateral force of a steered axle of the vehicle;
The actual rack force;
A variable characterizing oversteer or understeer of the vehicle;
A position of an actuator; and or
- A speed, a torque or a currently engaged gear.

Damit ist es möglich, den Betrieb des Fahrzeugs und die jeweilige Fahrsituation für die erfindungsgemäße Ermittlung der modellierten Zahnstangenkraft einzubeziehen. Diese Größen können einzeln oder in beliebiger Zusammenstellung mathematischen Operationen unterzogen werden und einen Beitrag zu der modellierten Zahnstangenkraft liefern. Dadurch kann die modellierte Zahnstangenkraft besonders gut an eine tatsächliche Zahnstangenkraft angepasst werden.This makes it possible to include the operation of the vehicle and the respective driving situation for the determination according to the invention of the modeled rack-and-pinion force. These quantities can be subjected to mathematical operations individually or in any combination and can contribute to the modeled rack force. As a result, the modeled rack-and-pinion force can be adapted particularly well to an actual rack-and-pinion force.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die modellierte Zahnstangenkraft und die tatsächliche Zahnstangenkraft unter Verwendung eines PI-Reglers gewichtet und kombiniert werden. Dies kann mit Hilfe einer so genannten Vorsteuerung erfolgen und wird vorzugsweise so ausgeführt, dass die resultierende Zahnstangenkraft einen definierten und stetigen zeitlichen Verlauf aufweist. An embodiment of the method provides that the modeled rack force and the actual rack force are weighted and combined using a PI controller. This can be done with the aid of a so-called pilot control and is preferably carried out so that the resulting rack force has a defined and continuous time course.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Zahnstangenkraft mittels der folgenden Komponenten ermittelt wird:

– Ein Modell zur Beschreibung eines Fahrvorgangs des Fahrzeugs;
– ein Modell zur Beschreibung eines Parkiervorgangs des Fahrzeugs.

An embodiment of the method provides that the rack power is determined by means of the following components:

A model for describing a driving operation of the vehicle;
A model describing a parking operation of the vehicle.

Vorzugsweise werden außerdem die folgenden Komponenten herangezogen:

– Ein Modell zur Beschreibung von Hystereseeigenschaften einer Achse des Fahrzeugs, wobei dieses Modell auch dem Modell zur Beschreibung des Parkiervorgangs entsprechen kann;
– ein Modell zur Beschreibung von mindestens einer Kraft, welche durch ein Anheben des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines Radlenkwinkels entsteht und auf eine Zahnstange einwirkt; und/oder
– ein Adaptionsblock zur Wichtung und Kombination der modellierten Zahnstangenkraft und der tatsächlichen Zahnstangenkraft.

Preferably, the following components are also used:

A model for describing hysteresis characteristics of an axle of the vehicle, which model may also correspond to the model for describing the parking operation;
A model for describing at least one force produced by lifting the vehicle in response to a wheel steering angle and acting on a rack; and or
An adaptation block for weighting and combining the modeled rack force and the actual rack force.

Ein erstes Modell umfasst Größen zur Beschreibung eines Fahrvorgangs des Fahrzeugs. Dabei wird ein erster Beitrag für die modellierte Zahnstangenkraft im Wesentlichen aus einem Radlenkwinkel und einer Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Zugrunde liegt außerdem ein so genanntes Einspurmodell, wobei Reifenseitenkräfte durch einen nichtlinearen Zusammenhang in Abhängigkeit von einem Schräglaufwinkel eines Rades ermittelt werden. Dadurch wird ein so genanntes Nominalmodell erzeugt, welches nachfolgend angepasst wird, indem Seitenkräfte der vorderen und der hinteren Räder in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrsituation – beispielsweise aufgrund eines sich ändernden Reibwertes der Fahrbahn bzw. der Räder – modifiziert werden. Dabei werden die Seitenkräfte unter Verwendung einer aktuellen Fahrzeugquerbeschleunigung und einer Gierrate oder einer Gierbeschleunigung ermittelt. Die Adaption erfolgt beispielsweise unter Verwendung eines PI-Reglers mit einem Vorsteueranteil, wobei der Vorsteueranteil eine mittels des Einspurmodells ermittelte Modellkraft ist. Eine Sollgröße für den PI-Regler ist beispielsweise ein variabler Mittelwert aus der Modellkraft – also der gemäß dem Einspurmodell modellierten Seitenkraft – und einer tatsächlichen Seitenkraft. Dabei kann die Bildung des Mittelwerts in Abhängigkeit von mehreren Größen erfolgen, wie etwa dem Schräglaufwinkel. Beispielsweise kann die Bildung des Mittelwerts so ausgelegt sein, dass für eine normale Fahrsituation die Modellkraft in etwa zu 100 Prozent maßgeblich ist. Mit zunehmendem Schräglaufwinkel wird der Anteil der tatsächlichen Seitenkraft vergrößert und entsprechend der Anteil der Modellkraft vermindert. Beispielsweise kann bei einem Schräglaufwinkel von 10° ein Mittelwert geeignet sein, bei dem beide Anteile jeweils 50 Prozent betragen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, einen aus jeweiligen Fahrbahneigenschaften und Reifeneigenschaften sich ergebenden verminderten Reibwert zu berücksichtigen.A first model includes quantities for describing a driving operation of the vehicle. In this case, a first contribution to the modeled rack-and-pinion force is essentially determined from a wheel steering angle and a vehicle speed. It is also based on a so-called single-track model, wherein tire side forces are determined by a non-linear relationship as a function of a slip angle of a wheel. Thereby, a so-called nominal model is generated, which is subsequently adapted by side forces of the front and rear wheels depending on a current driving situation - for example, due to a changing coefficient of friction of the road or the wheels - be modified. In this case, the lateral forces are determined using a current vehicle lateral acceleration and a yaw rate or a yaw acceleration. The adaptation takes place, for example, using a PI controller with a pre-tax component, wherein the pre-tax component is a model force determined by means of the one-track model. A target variable for the PI controller is, for example, a variable mean value from the model force-that is, the side force modeled according to the one-track model-and an actual lateral force. In this case, the formation of the average value can take place as a function of several variables, such as the slip angle. For example, the formation of the mean value can be designed so that the model force is approximately 100 percent decisive for a normal driving situation. As the slip angle increases, the proportion of actual lateral force is increased and, correspondingly, the proportion of model force is reduced. For example, with a slip angle of 10 °, an average value may be suitable in which both parts each amount to 50%. As a result, it is advantageously possible to take into account a reduced coefficient of friction resulting from respective roadway properties and tire properties.

Die so adaptierte Seitenkraft der Vorderachse kann für die Ermittlung der modellierten Zahnstangenkraft verwendet werden. Um daraus ein Rückstellmoment zu ermitteln, kann die adaptierte Seitenkraft mit dem so genannten virtuellen Nachlauf multipliziert werden. Der virtuelle Nachlauf wird charakterisiert durch eine nichtlineare Kennlinie in Abhängigkeit von dem Schräglaufwinkel der Vorderachse, und wird entsprechend einer so genannten Nominalvorstellung parametriert. Das auf diese Weise ermittelte Rückstellmoment wird mit der konstruktiven Achsübersetzung auf die Zahnstange übersetzt. Dabei wird unter der konstruktiven Achsübersetzung die Übersetzung des Zahnstangenwegs auf den Radlenkwinkel verstanden. Die unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Größen bzw. Operationen ermittelte modellierte Zahnstangenkraft kann anschließend noch mit einem von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Faktor multipliziert werden.The thus adapted side force of the front axle can be used for the determination of the modeled rack force. In order to determine a restoring moment, the adapted side force can be multiplied by the so-called virtual overrun. The virtual tracking is characterized by a non-linear characteristic as a function of the slip angle of the front axle, and is parameterized according to a so-called nominal concept. The restoring torque determined in this way is translated to the rack with the constructive axle ratio. In this case, the structural axle ratio is understood as meaning the ratio of the rack path to the wheel steering angle. The modeled rack force determined in consideration of the above-mentioned quantities or operations can subsequently be multiplied by a factor dependent on the vehicle speed.

Ein zweites Modell umfasst Größen zur Beschreibung eines Parkiervorgangs des Fahrzeugs. Dieser Vorgang ist von einer normalen Fahrsituation sehr verschieden und kann vorteilhaft mittels des zweiten Modells berücksichtigt werden. Das zweite Modell wird bei kleiner werdender Fahrzeuggeschwindigkeit aktiviert und entsprechend bei einer steigenden Fahrzeuggeschwindigkeit deaktiviert, wobei das Aktivieren und Deaktivieren dadurch erfolgen kann, dass der Beitrag dieser Komponente zur modellierten Zahnstangenkraft stetig erhöht oder verringert wird. Der Parkiervorgang kann folglich besonders einfach anhand der aktuellen Geschwindigkeit ermittelt werden.A second model includes sizes for describing a parking operation of the vehicle. This process is very different from a normal driving situation and can advantageously be taken into account by means of the second model. The second model is activated as the vehicle speed decreases and accordingly deactivated at an increasing vehicle speed, wherein the activation and deactivation can be done by steadily increasing or decreasing the contribution of this component to the modeled rack force. The parking process can therefore be determined particularly easily using the current speed.

Das zweite Modell erzeugt einen Anteil für die modellierte Zahnstangenkraft im Wesentlichen aus dem Lenkwinkel oder Radlenkwinkel und einer Lenkgeschwindigkeit, wobei grundsätzlich ein so genanntes Bohrmodell der Reifen dargestellt werden kann. Ein erster Kraftanteil wird durch eine nichtlineare Steifigkeit in Abhängigkeit von dem Radlenkwinkel erzeugt. Ein zweiter Kraftanteil wird als Dämpfungskraft in Abhängigkeit von der Lenkgeschwindigkeit erzeugt. Ein dritter Kraftanteil wird mittels eines Hysteresekraftmodells erzeugt. Die drei Kraftanteile werden addiert und charakterisieren wesentliche die Lenkung betreffenden Kräfte bei einem Parkiervorgang, welche ergänzend an eine vorliegende Bauart des Fahrzeugs angepasst werden können.The second model generates a proportion for the modeled rack-pin force substantially from the steering angle or wheel steering angle and a steering speed, wherein in principle a so-called drilling model of the tires can be represented. A first component of force is generated by a non-linear stiffness as a function of the wheel steering angle. A second force component is generated as a damping force as a function of the steering speed. A third force component is generated by means of a hysteresis force model. The three force components are added and characterize essential steering forces in a parking operation, which can be supplemented adapted to a present design of the vehicle.

Ein drittes Modell beschreibt Eigenschaften einer Achse des Fahrzeugs, insbesondere die so genannten Hystereseeigenschaften. Damit können weitere Größen, die sich aus der Bauart des Fahrzeugs oder der aktuellen Fahrsituation ergeben, berücksichtigt werden. Beispielsweise können Kraftanteile, die durch Gummilager der Achse entstehen, mit einbezogen werden, so dass die Modellierung genauer werden kann. Das dritte Modell kann insbesondere eine Lenkgeschwindigkeit und eine aktuelle gesamte modellierte Zahnstangenkraft berücksichtigen. Die Hystereseeigenschaften können auch mit der den Parkiervorgang beschreibenden Komponente gebildet werden und umgekehrt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Hystereseeigenschaften nur oder überwiegend nur während des Parkierens berücksichtigt werden. In diesem Fall würde folglich dieses dritte Modell dem zweiten Modell entsprechen bzw. dieses ersetzen.A third model describes characteristics of an axle of the vehicle, in particular the so-called hysteresis properties. This allows more sizes, resulting from the design of the vehicle or the current driving situation are considered. For example, force components that result from rubber bearings of the axle can be included, so that the modeling can be more accurate. In particular, the third model may consider a steering speed and a current total modeled rack force. The hysteresis properties can also be formed with the component describing the parking operation and vice versa. In particular, it can be provided that the hysteresis properties are taken into account only or predominantly only during parking. In this case, therefore, this third model would correspond to or replace the second model.

Ein viertes Modell beschreibt mindestens eine Kraft, welche durch ein Anheben des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Radwinkels entsteht und auf die Zahnstange einwirkt. Dadurch kann die Modellierung zusätzlich verbessert werden. Durch den Lenkvorgang wird in Abhängigkeit der Achskonstruktion das Fahrzeug insbesondere bei größeren Lenkwinkeln an der Vorderachse angehoben. Daraus ergibt sich ein Anteil der Zahnstangenkraft entsprechend einem jeweiligen Lenkwinkel, insbesondere beim Parkieren. Daher ist es sinnvoll, diesen Kraftanteil abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu vergrößern bzw. zu verkleinern. Damit kann diese Komponente auch zur Erzeugung des während des Parkiervorgangs zu berücksichtigenden Kraftanteils herangezogen werden.A fourth model describes at least one force, which arises by lifting the vehicle as a function of the wheel angle and acting on the rack. This can additionally improve the modeling. As a result of the steering operation, the vehicle is raised in response to the axle construction, in particular for larger steering angles on the front axle. This results in a proportion of the rack-and-pinion force corresponding to a respective steering angle, in particular when parking. Therefore, it makes sense to increase or decrease this proportion of force depending on the vehicle speed. Thus, this component can also be used to generate the force component to be considered during the parking process.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der während des Parkiervorgangs zu berücksichtigende Kraftanteil mittels des dritten Modells und des vierten Modells bestimmt, da während des Parkierens insbesondere die Hysterese und das Anheben des Fahrzeugs von Bedeutung sind. In diesem Fall könnte das zweite Modell also durch eine Kombination aus dem dritten und dem vierten Modell realisiert sein.According to a particularly advantageous embodiment, the force component to be taken into account during the parking operation is determined by means of the third model and the fourth model, since in particular the hysteresis and the lifting of the vehicle are of importance during parking. In this case, the second model could thus be realized by a combination of the third and the fourth model.

Der Adaptionsblock verrechnet die mittels der vier zuvor beschriebenen Modellkomponenten erzeugte modellierte Zahnstangenkraft mit der tatsächlichen Zahnstangenkraft unter Verwendung zusätzlicher Größen. Die Verrechnung erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines PI-Reglers und einer so genannten Vorsteuerung. Die zusätzlichen Größen können den Schräglaufwinkel, Größen zur Beschreibung eines Fahrzustands bezüglich eines eventuellen Übersteuerns oder Untersteuerns, die Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie Größen zu Beschreibung von Aktuatoraktivitäten und/oder von Antriebskomponenten umfassen.The adaptation block calculates the modeled rack force generated by the four model components described above with the actual rack force using additional quantities. The accounting is preferably carried out using a PI controller and a so-called feedforward control. The additional quantities may include the slip angle, variables for describing a driving state with respect to a possible oversteer or understeer, the vehicle speed, as well as quantities for describing actuator activities and / or drive components.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Modelle bzw. die damit erzeugten Größen einzeln zugeschaltet, abgeschaltet und/oder stetig mit einem Faktor bewertet werden. Dies ist grundsätzlich für jedes der Modelle möglich. Insbesondere können die für die normale Fahrsituation und den Parkiervorgang benutzten Modelle bzw. Größen stetig eingeblendet oder ausgeblendet werden. Dies erfolgt vorzugsweise so, dass ein Übergang für den Fahrer nicht wahrnehmbar ist.A further embodiment of the method provides that the models or the variables generated therewith are individually switched on, switched off and / or constantly evaluated with a factor. This is basically possible for each of the models. In particular, the models or variables used for the normal driving situation and the parking operation can be constantly faded in or faded out. This is preferably done so that a transition for the driver is imperceptible.

Die Modellierung kann weiter verbessert werden, wenn die auf die Achse des Fahrzeugs einwirkende Seitenkraft unter Verwendung einer nach einem Einspurmodell gebildeten modellierten Seitenkraft, einer zusätzlichen Seitenkraftkomponente und eines Schräglaufwinkels adaptiert wird. Dies kann beispielsweise mittels verschiedener mathematischer Operationen unter Verwendung von Nichtlinearitäten und/oder mittels Regelungen erfolgen. Dadurch kann die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die zusätzliche Seitenkraftkomponente unter Verwendung der Fahrzeugquerbeschleunigung, der Giergeschwindigkeit und/oder einer Gierbeschleunigung ermittelt wird.The modeling can be further improved by adapting the lateral force applied to the axle of the vehicle using a modeled lateral force formed according to a one-track model, an additional lateral force component and a skew angle. This can be done for example by means of various mathematical operations using nonlinearities and / or by means of regulations. As a result, the accuracy of the method can be increased. In particular, it is proposed that the additional lateral force component be determined using the vehicle lateral acceleration, the yaw rate and / or a yaw acceleration.

Die Adaption der Seitenkraft kann verbessert werden, wenn sie unter Verwendung eines PI-Reglers erfolgt. Damit kann vorteilhaft ein stetiges Verhalten der adaptierten Seitenkraft erreicht werden.The adaptation of the side force can be improved if it is done using a PI controller. This can advantageously be achieved a steady behavior of the adapted lateral force.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Die Zeichnungen zeigen:Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are explained with reference to the drawings, wherein the features both alone and in different combinations may be important for the invention, without being explicitly referred to again becomes. The drawings show:

1 eine Lenkvorrichtung mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a steering device with a control and / or regulating device for carrying out the method according to the invention;

2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Berechnung der Zahnstangenkraft; und 2 a block diagram of an embodiment of the invention for calculating the rack force; and

3 ein Blockschaltbild in Ergänzung von 2 zur Adaption einer Seitenkraft. 3 a block diagram in addition to 2 for the adaptation of a lateral force.

Nachfolgend wird die Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch als ein ”Steuergerät”, bezeichnet.Subsequently, the control and / or regulating device is also referred to as a "control unit".

In 1 ist ein Steuergerät 1 dargestellt, das einer Lenkvorrichtung 2 zugeordnet ist. In dem Steuergerät 1 ist ein Mikroprozessor 3 angeordnet, der über eine Datenleitung 4, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speichermedium 5 verbunden ist. Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 1 mit einem Motor 7, beispielsweise einem Elektromotor, verbunden, wodurch eine Leistungssteuerung des Motors 7 durch das Steuergerät 1 ermöglicht wird. Der Motor 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel 10, welches vorliegend als ein Lenkrad ausgebildet ist, angeordnet, mittels dessen ein Drehmoment auf den Drehstab 9 durch Betätigen des Lenkmittels 10 durch einen Fahrer aufbringbar ist.In 1 is a control unit 1 shown, that of a steering device 2 assigned. In the control unit 1 is a microprocessor 3 arranged over a data line 4 , For example, a bus system, with a storage medium 5 connected is. Via a signal line 6 is the control unit 1 with a motor 7 , For example, an electric motor connected, whereby a power control of Motors 7 through the control unit 1 is possible. The motor 7 acts via a gearbox 8th on a torsion bar 9 , On the torsion bar 9 is a steering means 10 , which is presently designed as a steering wheel, arranged, by means of which a torque on the torsion bar 9 by actuating the steering means 10 can be applied by a driver.

Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner ein Lenkgetriebe 11 auf, das beispielsweise als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 kann ferner als Kugelmuttergetriebe beziehungsweise Kugelumlaufgetriebe ausgebildet sein. In der folgenden Beschreibung wird – soweit erforderlich – überwiegend von einer Zahnstangenlenkung ausgegangen, bei der das Lenkgetriebe 11 ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b umfasst. Das Lenkgetriebe 11 ist beispielsweise über das Ritzel 12a und die Zahnstange 12b sowie ein Lenkgestänge 13 mit den Rädern 14 verbunden. Die Räder 14 können in Bezug auf eine – der Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden – Mittenstellung einen Radlenkwinkel angRW aufweisen. Ferner ist in die Zeichnung der 1 eine Fahrzeuggeschwindigkeit velV eingetragen.The steering device 2 also has a steering gear 11 on, which is designed for example as a rack and pinion steering gear. The steering gear 11 can also be designed as a ball nut gear or recirculating ball gear. In the following description - as far as necessary - mainly assumed a rack-and-pinion steering, in which the steering gear 11 a pinion 12a and a rack 12b includes. The steering gear 11 is for example about the pinion 12a and the rack 12b and a steering linkage 13 with the wheels 14 connected. The wheels 14 may have a Radlenkwinkel angRW with respect to a - corresponding to the straight-ahead driving of the vehicle - middle position. Furthermore, in the drawing of 1 entered a vehicle speed velV.

Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner einen Momentensensor 15 zur Erfassung eines Ist-Lenkmoments torSW und einen Sensor 16 zur Erfassung eines Lenkradwinkels angSW auf. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 16 dem Motor 7 zugeordnet, so dass mittels des Sensors 16 ein Rotorwinkel des Motors 7 erfasst wird. Dieser entspricht dem Lenkradwinkel angSW (möglicherweise bis auf einen Faktor, der eine Übersetzung beschreibt), da der Motor 7 über das Getriebe 8 mit dem Drehstab 9 und damit dem Lenkmittel 10 zusammenwirkt. Der Lenkradwinkel angSW kann auch mittels eines dem Lenkmittel 10 beziehungsweise dem Drehstab 9 zugeordneten Sensors erfasst werden. Jedoch ist mittels des an dem Motor 7 angeordneten Sensors 16 durch die Erfassung des Rotorwinkels eine höhere Auflösung erreichbar.The steering device 2 also has a moment sensor 15 for detecting an actual steering torque torSW and a sensor 16 for detecting a steering wheel angle angSW. In the in 1 illustrated embodiment, the sensor 16 the engine 7 assigned, so that by means of the sensor 16 a rotor angle of the motor 7 is detected. This corresponds to the steering wheel angle angSW (possibly except for a factor that describes a translation), because the engine 7 over the transmission 8th with the torsion bar 9 and thus the steering means 10 interacts. The steering wheel angle angSW can also be by means of the steering means 10 or the torsion bar 9 associated sensor can be detected. However, by means of the on the engine 7 arranged sensor 16 By detecting the rotor angle, a higher resolution achievable.

Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner einen Sensor 17 auf, mittels dessen eine tatsächliche Zahnstangenkraft forR ermittelbar ist. Die tatsächliche Zahnstangenkraft forR entspricht einer Querbeschleunigung beziehungsweise einer tatsächlichen Seitenführungskraft, die über die Räder 14 und das Lenkgestänge 13 auf die Zahnstange 12b wirkt. Die tatsächliche Zahnstangenkraft forR wird an das Steuergerät 1 übermittelt. Die Ermittlung der tatsächlichen Zahnstangenkraft forR kann alternativ zu dem Sensor 17 auch mittels eines Beobachters erfolgen, wobei Größen verwendet werden, welche unmittelbar die Lenkvorrichtung 2 betreffen, beispielsweise ein Motormoment des Motors 7 sowie das durch den Momentensensor 15 erfasste Ist-Lenkmoment torSW. Ergänzend können dynamische Größen verwendet werden, um die Ermittlung der tatsächlichen Zahnstangenkraft zu präzisieren.The steering device 2 also has a sensor 17 on, by means of which an actual rack force forR can be determined. The actual rack force for R corresponds to a lateral acceleration or an actual cornering force that is transmitted via the wheels 14 and the steering linkage 13 on the rack 12b acts. The actual rack force forR is sent to the controller 1 transmitted. The determination of the actual rack force for R may be alternative to the sensor 17 also be done by means of an observer, wherein sizes are used, which directly the steering device 2 relate, for example, an engine torque of the engine 7 as well as through the moment sensor 15 detected actual steering torque torSW. In addition, dynamic quantities can be used to specify the determination of the actual rack force.

Erfindungsgemäß wird alternativ bzw. ergänzend zu der auf die Räder 14 einwirkenden tatsächlichen Zahnstangenkraft forR eine modellierte Zahnstangenkraft forMD ganz bzw. teilweise verwendet. Die Ermittlung der modellierten Zahnstangenkraft forMD wird ebenfalls mittels des Steuergeräts 1 durchgeführt.According to the invention is alternatively or in addition to the on the wheels 14 Actual Actual Rack Acting force is used in whole or in part for modeled Rack Power for MD. The determination of the modeled rack force forMD is also by means of the control unit 1 carried out.

Das mittels des Momentensensors 15 erfasste Ist-Lenkmoment torSW und der mittels des Sensors 16 erfasste Lenkradwinkel angSW werden ebenfalls an das Steuergerät 1 übermittelt. Ferner wird die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit velV an das Steuergerät 1 übermittelt beziehungsweise dort aus anderen Größen errechnet. Dem Steuergerät 1 wird ferner eine Lenkgeschwindigkeit anvSW zugeführt. Die Lenkgeschwindigkeit anvSW bezeichnet die Umdrehungsgeschwindigkeit, mit der das Lenkmittel 10 und damit der Drehstab 9 betätigt werden. Die Lenkgeschwindigkeit anvSW kann mittels eines geeigneten Sensors beispielsweise an dem Drehstab 9 abgenommen werden. Es ist ebenso möglich, dass die Lenkgeschwindigkeit anvSW in dem Steuergerät 1 beispielsweise in Abhängigkeit von dem bereits vorliegenden Lenkradwinkel angSW und der Zeit gebildet wird.The means of the moment sensor 15 detected actual steering torque torSW and the means of the sensor 16 sensed steering wheel angles angSW are also sent to the control unit 1 transmitted. Furthermore, the current vehicle speed velV to the controller 1 transmitted or calculated there from other sizes. The control unit 1 Furthermore, a steering speed anvSW is supplied. The steering speed anvSW denotes the speed of rotation with which the steering means 10 and thus the torsion bar 9 be operated. The steering speed anvSW can by means of a suitable sensor, for example on the torsion bar 9 be removed. It is also possible that the steering speed anvSW in the control unit 1 For example, depending on the already existing steering wheel angle angSW and time is formed.

Die Funktionsweise des in dem Steuergerät 1 ablaufenden Verfahrens zur Bestimmung der Zahnstangenkraft forZS wird anhand des in der 2 gezeigten Diagramms dargestellt. Das Verfahren ist vorzugsweise in Form eines Computerprogramms realisiert, in dem die für die Ermittlung der modellierten Zahnstangenkraft forMD erforderlichen Funktionalitäten in geeigneter Weise implementiert sind. Das Computerprogramm ist beispielsweise in dem Speichermedium 5 abgespeichert und wird auf dem Mikroprozessor 3 ausgeführt.The operation of the in the control unit 1 current method for determining the rack force forZS is based on the in the 2 shown diagram shown. The method is preferably implemented in the form of a computer program in which the functionalities required for the determination of the modeled rack force forMD are implemented in a suitable manner. The computer program is for example in the storage medium 5 stored and is on the microprocessor 3 executed.

2 zeigt in einem Ausführungsbeispiel ein Blockschaltbild zur Ermittlung einer resultierenden Zahnstangenkraft forZS, welches im Wesentlichen aus mehreren Modellen besteht. Im linken Bereich der Zeichnung von 2 bedeuten die vier Blöcke von oben nach unten:

– ein Modell 52 zur Beschreibung eines Fahrvorgangs eines Fahrzeugs;
– ein Modell 54 zur Beschreibung eines Parkiervorgangs des Fahrzeugs;
– ein Modell 56 zur Beschreibung von Hystereseeigenschaften einer Fahrzeugachse; und
– ein Modell 58 zur Beschreibung einer Kraft, welche durch ein Anheben des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Radlenkwinkels entsteht und auf die Lenkung einwirkt.

2 shows in an embodiment a block diagram for determining a resultant rack force forZS, which essentially consists of several models. In the left area of the drawing of 2 mean the four blocks from top to bottom:

- a model 52 for describing a driving operation of a vehicle;
- a model 54 for describing a parking operation of the vehicle;
- a model 56 for describing hysteresis characteristics of a vehicle axle; and
- a model 58 to describe a force, which arises by lifting the vehicle in response to the wheel steering angle and acts on the steering.

Ein Block 60 im mittleren Bereich der Zeichnung von 2 führt Ausgangssignale der Modelle 52, 54, 56 und 58 zusammen und ermittelt daraus die modellierte Zahnstangenkraft forMD. Die modellierte Zahnstangenkraft forMD wird abhängig von den in der 2 verwendeten Größen und entsprechend den gezeichneten Signalpfaden ermittelt. A block 60 in the middle area of the drawing of 2 carries output signals of the models 52 . 54 . 56 and 58 together and determines the modeled rack force forMD. The modeled rack force forMD will depend on those in the 2 used sizes and determined according to the drawn signal paths.

Bei dem in 2 beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispiel wird die modellierte Zahnstangenkraft forMD für die Bestimmung der Hystereseeigenschaften über einen Verzögerungsblock 62 zu dem Modell 56 zurückgeführt.At the in 2 By way of example, the modeled rack force forMD is used to determine the hysteresis properties over a delay block 62 to the model 56 recycled.

Ein nachfolgender Adaptionsblock 64 umfasst als Eingangsgrößen die am Ausgang des Blocks 60 vorliegende modellierte Zahnstangenkraft forMD, die tatsächliche Zahnstangenkraft forR, sowie mit dem Bezugszeichen 66 bezeichnete zusätzliche Größen, die beispielsweise einen Schräglaufwinkel angSID umfassen.A subsequent adaptation block 64 includes as inputs the at the output of the block 60 present modeled rack force forMD, the actual rack force forR, as well as the reference numeral 66 designated additional sizes, for example, include a slip angle angSID.

In 2 sind die folgenden Eingangsgrößen darstellt:

– Ein Radlenkwinkel angRW [rad, Radiant];
– eine Fahrzeuggeschwindigkeit velV [km/h, Kilometer pro Stunde];
– eine Querbeschleunigung accLAT [m/s^2, Meter durch Sekunde zum Quadrat]; und
– eine Giergeschwindigkeit anvYAW [rad/s, Radiant pro Sekunde].

In 2 are the following input variables:

A wheel steering angle angRW [rad, radian];
- a vehicle speed velV [km / h, kilometers per hour];
A lateral acceleration accLAT [m / s ^ 2, meters per second squared]; and
A yaw rate anvYAW [rad / s, radians per second].

Die vier Eingangsgrößen werden den Blöcken 52, 54, 56, 58 und 60 zugeführt, wie es in 2 durch Linien und Pfeile dargestellt ist.The four input variables become the blocks 52 . 54 . 56 . 58 and 60 fed as it is in 2 represented by lines and arrows.

Das Modell 52 verwendet die Eingangsgrößen, um eine Komponente forESM der modellierten Zahnstangenkraft forMD für einen normalen Fahrvorgang des Fahrzeug zu ermitteln und führt den Anteil forESM dem Block 60 zu. Der Anteil forESM wird im Wesentlichen aus dem Radlenkwinkel angRW und der Fahrzeuggeschwindigkeit velV ermittelt. Die Grundlage dafür bildet das aus dem Stand der Technik bekannte so genannte Einspurmodell, wobei Seitenkräfte der Reifen bzw. der zugehörigen Achse in Abhängigkeit von einem Schräglaufwinkel der Räder 14 ermittel werden. Dies wird vorliegend als ein Nominalmodell bezeichnet. Darauf aufbauend wird das Nominalmodell adaptiert, indem die von einer aktuellen Fahrsituation abhängigen Einflüsse der auf die Räder einwirkenden vorderen und hinteren Seitenkräfte berücksichtigt werden. Dadurch können die Seitenkräfte entsprechend angepasst, also adaptiert werden. Dies wird weiter unten mittels der 3 näher beschrieben.The model 52 uses the input quantities to determine a component forESM of modeled rack force forMD for a normal driving of the vehicle, passing the fraction forESM to the block 60 to. The proportion forESM is determined essentially from the wheel steering angle angRW and the vehicle speed velV. The basis for this is the known from the prior art so-called single-track model, wherein lateral forces of the tire or the associated axis in dependence on a slip angle of the wheels 14 be determined. This is referred to herein as a nominal model. Based on this, the nominal model is adapted by taking into account the influences of the front and rear side forces acting on the wheels, which are dependent on a current driving situation. As a result, the lateral forces can be adjusted accordingly, so adapted. This will be explained below by means of 3 described in more detail.

Das Modell 54 verwendet die Fahrzeuggeschwindigkeit velV und den Radlenkwinkel angRW, um eine Komponente forPAR für einen Parkiervorgang des Fahrzeugs zu ermitteln und führt den Anteil forPAR ebenfalls dem Block 60 zu.The model 54 uses the vehicle speed velV and the wheel steering angle angRW to determine a component forPAR for a parking operation of the vehicle, and also guides the fraction forPAR to the block 60 to.

Das gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform beispielhaft gezeigte Modell 56 verwendet den Radlenkwinkel angRW sowie die rückgeführte modellierte Zahnstangenkraft forMD, um eine Komponente forHYS zur Beschreibung von Hystereseeigenschaften einer oder mehrerer Fahrzeugachsen zu ermitteln und führt den so ermittelten Anteil forHYS ebenfalls dem Block 60 zu.This according to the in 2 illustrated embodiment exemplified model 56 uses the wheel steering angle angRW and the returned modeled rack force forMD to determine a component forHYS to describe hysteresis characteristics of one or more vehicle axles and also directs the thus determined fraction forHYS to the block 60 to.

Das Modell 58 verwendet den Radlenkwinkel angRW, um eine Kraft forHUB, welche durch ein Anheben des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Radlenkwinkels angRW entsteht, zu ermitteln bzw. zu beschreiben. Dabei können auch bauartbedingte Eigenschaften des Fahrzeugs mit berücksichtigt werden.The model 58 uses the wheel steering angle angRW to determine a force forHUB, which arises by raising the vehicle as a function of the wheel steering angle angRW. In this case, design-related properties of the vehicle can be taken into account.

In dem Block 60 wird aus den einzelnen Modellen 52, 54, 56 und 58 eine modellierte Zahnstangenkraft gebildet. Hierzu können ein oder mehrere der Modelle bzw. der damit gebildeten Größen beispielsweise in Abhängigkeit von einer Fahrsituation stetig aktiviert (eingeblendet) und/oder stetig deaktiviert (ausgeblendet) bzw. zugeschaltet oder abgeschaltet werden.In the block 60 will be from the individual models 52 . 54 . 56 and 58 a modeled rack force formed. For this purpose, one or more of the models or the variables thus formed, for example, depending on a driving situation continuously activated (displayed) and / or constantly deactivated (hidden) or switched on or off.

In dem Block 64 wird die in dem Block 60 erzeugte modellierte Zahnstangenkraft forMD mit der tatsächlichen Zahnstangenkraft forR unter Verwendung zusätzlicher Größen 66 verrechnet. Die zusätzlichen Größen 66 umfassen vorliegend einen Schräglaufwinkel angSID, Größen zur Beschreibung eines Fahrzustands bezüglich eines eventuellen Übersteuerns oder Untersteuerns, die Fahrzeuggeschwindigkeit velV, sowie Größen zu Beschreibung von Aktuatoraktivitäten und/oder von Antriebskomponenten. Der grundsätzliche innere Aufbau des Blocks 64 ist dem durch die 3 nachfolgend beschriebenen Blockschaltbild ähnlich, wobei jedoch unterschiedliche Eingangsgrößen verwendet werden. insbesondere verwendet der Adaptionsblock 64 einen zu der 3 ähnlichen PI-Regler mit Vorsteueranteil.In the block 64 will be in the block 60 modeled rack force forMD generated with actual rack force forR using additional sizes 66 charged. The additional sizes 66 In this case, a slip angle angSID, variables for describing a driving state with respect to a possible oversteer or understeer, the vehicle speed velV, as well as quantities for describing actuator activities and / or drive components. The basic internal structure of the block 64 is that through the 3 described below similar block diagram, but with different input variables are used. In particular, the adaptation block uses 64 one to the 3 similar PI controller with pre-tax share.

3 zeigt ein Blockschaltbild zur Ermittlung einer auf die Vorderachse wirkenden adaptierten Seitenkraft fyADA. In 3 sind als Eingangsgrößen dargestellt:

– ein Schräglaufwinkel angSID;
– eine modellierte Seitenkraft fyMDL, die eine Seitenkraft einer Fahrzeugachse bzw. des Rads 14 charakterisiert und die aufgrund eines Einspurmodells nach dem Stand der Technik ermittelt wird; und
– eine tatsächliche Seitenkraft fyFZG der Fahrzeugachse bzw. des Rads 14, die in Abhängigkeit von der Fahrzeugquerbeschleunigung accLAT und der Giergeschwindigkeit anvYAW bzw. einer Gierbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt wird.

3 shows a block diagram for determining a force acting on the front axle adapted side force fyADA. In 3 are shown as input variables:

A slip angle angSID;
A modeled lateral force fyMDL, which is a lateral force of a vehicle axle or the wheel 14 characterized and determined based on a Einpurmodells according to the prior art; and
An actual lateral force fyFZG of the vehicle axle or of the wheel 14 , in the Depending on the vehicle lateral acceleration accLAT and the yaw rate anvYAW or a yaw acceleration of the vehicle is determined.

Die mittels des in 3 gezeigten Blockschaltbilds dargestellte Ausführungsform umfasst unter anderem die folgenden Funktionsblöcke:

– eine nichtlineare Skalierung 72 des Schräglaufwinkels angSID und einen darauf folgenden Begrenzer 74;
– eine Konstante 76, welche vorliegend einen Wert ”100” aufweist, und einen ersten Addierer 78;
– einen zweiten, dritten vierten und fünften Addierer 80, 82, 84 und 86;
– einen ersten Multiplizierer 88 und einen zweiten Multiplizierer 90;
– drei Faktoren 92, KP und KI;
– eine Laufzeit 94;
– einen Arithmetik-Block 96, welcher vorliegend eine Funktion entsprechend einem Term K·Ts / z-1 ausführt.

The means of in 3 The embodiment shown in the block diagram comprises, inter alia, the following functional blocks:

- a non-linear scaling 72 the skew angle angSID and a following limiter 74 ;
- a constant 76 , which in this case has a value "100", and a first adder 78 ;
A second, third fourth and fifth adder 80 . 82 . 84 and 86 ;
- a first multiplier 88 and a second multiplier 90 ;
- three factors 92 , KP and AI;
- a term 94 ;
- an arithmetic block 96 , which in this case is a function corresponding to a term K · Ts / z-1 performs.

Dabei bedeuten der Faktor KP einen Proportional-Anteil, der Faktor KI einen Integral-Anteil und der Block 96 einen Integrator eines durch die Blöcke 82, 84, 86, 94, 96, KP und KI dargestellten Regelkreises 97.The factor KP means a proportional component, the factor KI an integral component and the block 96 an integrator one through the blocks 82 . 84 . 86 . 94 . 96 , KP and KI control circuit 97 ,

Man erkennt, dass die adaptierte Seitenkraft fyADA aus den drei Eingangsgrößen mittels verschiedener arithmetischer Operationen gebildet wird. Unter anderem wird der Schräglaufwinkel angSID nichtlinear geformt und begrenzt, wobei das derart gebildete Signal die modellierte Seitenkraft fyMDL sowie die tatsächliche Seitenkraft fyFZG mittels der Multiplizierer 88 und 90 in geeigneter Weise wichtet. Das Ausgangssignal des Addierers 80 durchläuft anschließend den Regelkreis 97. Danach wird ergänzend im Addierer 86 die modellierte Seitenkraft fyMDL als so genannter Vorsteueranteil aufgeschaltet, woraus als Ausgangsgröße der in der 3 gezeigten Blockschaltung die adaptierte Seitenkraft fyADA gebildet wird.It can be seen that the adapted side force fyADA is formed from the three input quantities by means of various arithmetic operations. Among other things, the skew angle angSID is non-linearly shaped and limited, the signal thus formed being the modeled side force fyMDL and the actual side force fyFZG by means of the multipliers 88 and 90 weights in a suitable manner. The output signal of the adder 80 then goes through the control loop 97 , Thereafter, in addition, in the adder 86 the modeled lateral force fyMDL is applied as a so - called input tax fraction, from which the output variable in the 3 shown block circuit the adapted side force fyADA is formed.

Insgesamt zeigt das in 3 gezeigte Blockschaltbild die Adaption der für den Fahrvorgang herangezogenen Komponente forESM der Zahnstangenkraft. Vereinfacht ausgedrückt werden in der Blockschaltung der 3 die modellierte Seitenkraft fyMDL und die tatsächliche Seitenkraft fyFZG miteinander verrechnet. Dabei können unter anderem der Schräglaufwinkel angSID, die tatsächliche Seitenkraft fyFZG, die Fahrzeuggeschwindigkeit velV, die Fahrsituation, beispielsweise Übersteuern oder Untersteuern, und/oder Antriebskomponenten wie etwa an der Lenkvorrichtung angeordnete Aktuatoren berücksichtigt werden. Dies wird nachfolgend näher beschrieben.Overall, that shows in 3 shown block diagram, the adaptation of the used for the driving process component forESM rack power. Put simply, in the block circuit the 3 the modeled lateral force fyMDL and the actual lateral force fyFZG offset each other. Among other things, the slip angle angSID, the actual lateral force fyFZG, the vehicle speed velV, the driving situation, for example oversteer or understeer, and / or drive components such as actuators arranged on the steering device can be taken into account. This will be described in more detail below.

Für die Adaption der modellierten Seitenkraft fyMDL werden zunächst die an den Rädern 14 anliegenden Seitenkräfte berechnet. Die Berechnung erfolgt unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit velV bzw. einer Fahrzeugbeschleunigung, sowie unter Verwendung der Giergeschwindigkeit anvYAW bzw. der Gierbeschleunigung. Die Adaption selbst erfolgt mittels eines durch den Regelkreis 97 gebildeten PI-Reglers mit Vorsteueranteil. Als Vorsteueranteil wirkt die modellierte Seitenkraft fyMDL. Die Sollgröße für den PI-Regler ist ein variabler Mittelwert aus der modellierte Seitenkraft fyMDL und der ermittelten tatsächliche Seitenkraft fyFZG. Die Mittelwertbildung kann in Abhängigkeit von bestimmten Signalen erfolgen, beispielsweise dem Schräglaufwinkel angSID, wie es in der 3 dargestellt ist. Vorzugsweise wird die Mittelwertbildung derart vorgenommen, dass während einer normalen Fahrsituation – also bei einem vergleichsweise kleinen Schräglaufwinkel angSID – die modellierte Seitenkraft fyMDL bis zu 100 Prozent und entsprechend die tatsächliche Seitenkraft fyFZG bis herab zu 0 Prozent an der adaptierten Seitenkraft fyADA beteiligt sein können. Mit zunehmenden Schräglaufwinkel angSID kann der Mittelwert entsprechend angepasst werden, so dass beispielsweise bei einem Schräglaufwinkel angSID von 10° die modellierte Seitenkraft fyMDL und die adaptierte Seitenkraft fyADA jeweils einen Anteil von 50 Prozent aufweisen können. Dadurch kann beispielsweise auch ein gegenüber einer normalen Fahrsituation veränderter Reibwert der Räder auf der Fahrbahn berücksichtigt werden, um das oben beschriebene Nominalmodell passend zu adaptieren.For the adaptation of the modeled lateral force fyMDL, first of all, the wheels become attached 14 adjacent lateral forces calculated. The calculation is performed using the vehicle speed velV or a vehicle acceleration, and using the yaw rate anvYAW or the yaw acceleration. The adaptation itself takes place by means of a through the control loop 97 formed PI controller with input tax. The pre-tax share is the modeled lateral force fyMDL. The target variable for the PI controller is a variable average of the modeled lateral force fyMDL and the determined actual lateral force fyFZG. The averaging can take place in dependence on certain signals, for example the slip angle angSID, as described in US Pat 3 is shown. Preferably, the averaging is performed such that during a normal driving situation - ie at a comparatively small slip angle angSID - the modeled lateral force fyMDL can be involved up to 100 percent and correspondingly the actual lateral force fyFZG down to 0 percent at the adapted lateral force fyADA. With increasing skew angle angSID, the mean value can be adjusted accordingly, so that, for example, with a skew angle angSID of 10 °, the modeled side force fyMDL and the adapted side force fyADA can each have a share of 50%. As a result, for example, a friction coefficient of the wheels on the roadway which is modified compared to a normal driving situation can also be taken into account in order to adapt the nominal model described above appropriately.

Zur Berechnung der modellierten Zahnstangenkraft forMD wird die adaptierte Seitenkraft fyADA der Vorderachse verwendet. Durch eine Multiplikation mit dem so genannten virtuellen Nachlauf kann daraus ein Rückstellmoment berechnet werden. Der Nachlauf wird durch eine nichtlineare Kennlinie in Abhängigkeit von dem Schräglaufwinkel der Vorderachse beschrieben und wird abhängig von einer Nominalvorstellung parametriert. Das so gewonnene Reifenrückstellmoment wird mit der konstruktiven Achsübersetzung auf die Zahnstange 12b umgesetzt. Die konstruktive Achsübersetzung beschreibt die Übersetzung eines Wegs der Zahnstange 12b (Zahnstangenweg) auf den Radlenkwinkel angRW. Die so ermittelte Kraft auf die Zahnstange 12b wird mit einem weiteren, geschwindigkeitsabhängigen Faktor multipliziert.To calculate the modeled rack force forMD, the adapted side force fyADA of the front axle is used. By means of a multiplication with the so-called virtual caster, a restoring moment can be calculated from this. The tracking is described by a non-linear characteristic as a function of the slip angle of the front axle and is parameterized depending on a nominal concept. The resulting tire return torque is with the constructive axle ratio on the rack 12b implemented. The constructive axle ratio describes the translation of a path of the rack 12b (Rack) on the wheel steering angRW. The thus determined force on the rack 12b is multiplied by another speed-dependent factor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10332023 A1 [0007]

Claims

Method for determining a rack force for a steering device ( 2 ) in a vehicle, characterized in that the rack force (forZS) is determined in dependence on a plurality of models, wherein by means of a first model ( 52 ) a driving component (forESM) of the rack force (forZS) is generated and by means of at least one second model ( 54 ) is generated a parking-related component of the rack-and-pinion force (forZS).

Method according to claim 1, characterized in that by means of a further model ( 58 ) one of a particular occurring at larger steering angles lifting force corresponding component (forHUB) of the rack power (forZS) is generated.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that by means of the second model ( 54 ) or by means of yet another model ( 56 ) a hysteresis properties of at least one axis descriptive component (forHYS) of the rack force (forZS) is generated.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the component (forESM) relating to the driving process is determined as a function of at least one of the following variables and in particular as a function of several of the following variables: A wheel steering angle (angRW) or a size corresponding thereto; A vehicle speed (velV); A vehicle lateral acceleration (accLAT); A yaw rate (anvYAW).

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the component relating to the parking operation is determined as a function of at least one of the following variables and in particular as a function of several of the following variables: A wheel steering angle (angRW) or a size corresponding thereto; - a vehicle speed (velV).

Method according to at least one of Claims 2 to 5, characterized in that the component (forHUB) corresponding to the lifting force is determined as a function of the wheel steering angle (angRW) or a variable corresponding to the wheel steering angle (angRW).

Method according to at least one of Claims 3 to 6, characterized in that the component (forHYS) describing the hysteresis properties of at least one axis is determined as a function of the wheel steering angle (angRW) or a variable corresponding to the wheel steering angle (angRW).

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the individual components of the rack-and-pinion force (forZS) are combined into a modeled rack-and-pinion force (forMD).

A method according to claim 8, characterized in that the individual components of the rack-and-pinion force (forZS) are combined as a function of the vehicle speed (velV) to the modeled rack-and-pinion force (forMD).

Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that for the determination of the rack force (forZS) the modeled rack force (forMD) and an actual rack force (forR) are weighted and combined depending on at least one of the following variables ( 66 ): - a slip angle (angSID); A variable describing a current driving condition, in particular with regard to a possible oversteer or understeer; A vehicle speed (velV); A current activity of at least one actuator of a drive component.

A method according to claim 10, characterized in that the modeled rack force (forMD) and the actual rack force (forR) are weighted and combined, in particular using a PI controller.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that an adaptation as a function of at least one lateral force (fyADA) is carried out at least for the component (forESM) concerning a driving process.

A method according to claim 12, characterized in that the side force (fyADA) is formed as a function of a modeled lateral force (fyMDL), an actual lateral force (fyFZG) and a skew angle (angSID) formed by means of a one-track model.

A method according to claim 13, characterized in that the actual lateral force (fyFZG) is determined using the vehicle lateral acceleration (accLAT), the yaw rate (anvYAW) and / or a yaw acceleration.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the adaptation is effected by means of a PI controller.

Computer program operating on a control and / or regulating device ( 1 ) a steering device ( 2 ) is executable, characterized in that the computer program is programmed such that a method according to one of claims 1 to 15 is executed when the computer program on the control and / or regulating device ( 1 ) expires.

Storage medium ( 5 ) for a control and / or regulating device ( 1 ) a steering device ( 2 ), characterized in that on the storage medium ( 5 A computer program for use in a method according to one of claims 1 to 15 is stored.

Control and / or regulating device ( 1 ) a steering device ( 2 ), characterized in that it is programmed for use in a method according to one of claims 1 to 15.

Steering device ( 2 ) in a vehicle, characterized in that the steering device ( 2 ) Means for performing a method according to any one of claims 1 to 15.